Принцип действия и устройства электрических машин, их классификация

Электрическая машина – это электромеханический преобразователь, т.е. устройство, которое преобразует механическую энергию в электроэнергию и наоборот.

Машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую называется генератором.

Машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую называется двигателем.

Электрические машины обладают свойством обратимости, т.е. одна и та же машина может работать и как генератор и как двигатель.

Генератор используется для производства электрической энергии. Электрические двигатели используются для привода производственных механизмов, эл-го транспорта, бытовых приборов, в системах автоматики и т.д. Действие электрических генераторов основано на явлении электромагнитной индукции, которая заключается в индуктировании ЭДС в обмотке при изменении магнитного потока, пронизывающего эту обмотку. Изменение магнитного потока достигается перемещением обмотки и магнитного поля друг относительно друга. Действие двигателей основано на использовании электромагнитных сил.

Электромагнитные силы – это силы взаимодействия между магнитными полями, когда разноименные полюса магнитного поля притягиваются, одноименные отталкиваются. В соответствии с этим Э.М. должна состоять из двух основных частей, имеющих магнитопровод и обмотку для создания магнитного поля. Одна часть машины выполняется неподвижной и называется статором.

Другая часть может перемещаться относительно статора поступательно или вращательно. При поступательном движении подвижной части машина называется линейной. При вращательном движении подвижной части машина называется вращающейся, подвижная часть называется ротором.

Основные части машин могут иметь различные формы, например плоскую, дисковую, цилиндрическую. Но наибольшее распространение получили вращающиеся машины с цилиндрическим ротором, который вращается внутри полого цилиндрического статора. Э.М. могут быть рассчитаны для работы с сетью переменного тока или постоянного тока. В соответствии с этим машины разделяются на машины постоянного тока и машины переменного тока.

Машины переменного тока делятся на:

- синхронные

– асинхронные.

Общие вопросы электрических машин переменного тока

Вращающееся магнитное поле

Для преобразования энергии в машинах переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле можно создать двумя способами

1. С помощью обмоток ротора, пропуская по ним постоянный ток. Вокруг ротора при этом образуется постоянное магнитное поле. При вращении ротора поле вращается вместе с ним с той же скоростью. Этот способ применяют в синхронных машинах.

СХЕМА

2. С помощью обмоток статора. Если пропустить по ним 3-х фазную систему переменных токов. Этот способ применяют в большинстве машин переменного тока.

Простейшая 3-х фазная обмотка статора состоит из 3-х одновитковых катушек - по одной катушке на каждую фазу. Обмотки укладывают в специальных продольных пазах во внутренней поверхности статора. Их укладывают таким образом, чтобы получилось периодическое чередование направлений токов в проводниках вдоль поверхности статора.

СХЕМА

Стороны каждой катушки укладываются в диаметрально противоположных пазах. Катушки располагаются под углом 120° друг к другу.

Если катушки соединить Υ или Δ и подвести к зажимам АВС 3-х фазную симметричную систему напряжений, то в обмотках будет протекать 3-х фазная симметричная система токов.

СХЕМА

На временной диаграмме токов отметим 3 различных моментов времени и рассмотрим картину магнитного поля статора в каждом моменте

СХЕМЫ

Момент 1 Момент 2 Момент 3

+ от нас

- к нам

Условимся, что положительный ток входит в начало обмотки, выходит из конца, отрицательный наоборот.

В 1 период тока магнитное поле совершает 1 полный оборот вокруг оси статора. Скорость вращения магнитного поля определяется по формуле:

- частота тока

P - число пар полюсов

Для 2-х полюсного магнитного поля число пар полюсов p=1 и n₁=3000 об/мин.

Можно создать магнитное поле с числом пар полюсов p=2,3,4… Для этого обмотка статора в каждой фазе должна иметь 2, 3, 4… катушки. При этом проводники должны чередоваться на поверхности статора в порядке A – Z – В – Х – С – Y, это чередование повторяется р раз.